Distorsión extraña del filtro de paso bajo activo de segundo orden

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Estoy transmitiendo una señal de audio PWM de 250 KHz de un ATtiny85 a un filtro de paso bajo activo de segundo orden:

LasalidasealimentaauncondensadordedesacoplamientoyluegoaunamplificadorLM324.LasalidadelLM324sealimentaluegoauncondensadordedesacoplamientoyluegoaunamplificadordeaudioLM386.Elaudiogeneralmentesuenabienperohayalgodedistorsión.CuandoveolaformadeondaenOUT1,obtengoesto(latrazaamarillaesOUT1,latrazaazulestádespuésdelcondensadordedesacoplamiento):

¿Quésonlas"gotas" extrañas que estoy viendo? La parte superior de la forma de onda se ve bien, pero la mitad inferior tiene estas gotas. Esto es algún tipo de distorsión, ¿sí? ¿Qué causa esto? ¿Cómo se puede eliminar esto?

ACTUALIZACIÓN 1: Aquí está el PWM del ATtiny85:

ACTUALIZACIÓN2:Hedichoanteriormenteque

  

LasalidasealimentaauncondensadordedesacoplamientoyluegoaunamplificadorLM324.

Estonoescorrecto.LoquedeberíahaberdichoesquelasalidadelLM324sealimentaauncondensadordedesacoplamientoyluegosealimentaaunamplificadordeaudioLM386.

ACTUALIZACIÓN3:Aquíhay12msdelaentradaPWMde250KHz:

ACTUALIZACIÓN4:Aquíestáelesquemacompleto:

Abordandoalgunosdeloscomentariosylasoluciónsugerida:

  1. MovíelVccparaelLM324delafuentereguladade3.3Valafuentede+6V.EstolimpiólaseñalprovenientedelLM324(esdecir,elaudiorecuperadodelaentradaPWM),peroaúnsepuedeescucharunadistorsiónsignificativa.TodavíanecesitoprobarparaversielLM324estáfallandoenfrecuenciasespecíficas.

  2. Agreguéunaresistenciade1KdesdelasalidadelLM324atierra.Originalmentehiceestoparaabordaruncomentarioquesugeríaquetenerelflotadordesalidanoeraunabuenaidea.Larespuestapropuestadice(siloentendícorrectamente)queestaresistenciade1KatadaatierradebeforzarlaetapadesalidaLM324enunamplificadordeclaseA,evitandoasíunproblemadecruce.Sinembargo,enelmomentoenquesesugirióestopararesolvercualquierproblemadecruce,yaestabaensulugar.

¿EsposiblequeelLM324seaunaopciónmuymalaparaelaudio?Heoídoquetieneunavelocidaddegirorelativamentelentaquecausadistorsión.¿Deberíaestarmirandootroamplificadoroperacional(quefuncionaconunsolosuministrode+6V)?

ACTUALIZACIÓN5:

Aquíestánlosrastrosdelcircuitoactual.AmarilloeslasalidadelLM324.DespuésdemoverlafuentedealimentacióndelLM324del+3.3Vreguladoal+6V,puedeverquenohaymáscaídas(loquetécnicamenteresuelveestapregunta).LatrazaazuleslasalidadelamplificadordeaudioLM386.Haydistorsiónenlaparteinferiordelaolayesbastanteaudible.Creoquesipuedoresolverestadistorsiónestoylisto.YestodemuestrabastantebienqueelLM324es"suficientemente bueno" para esta aplicación de audio.

ACTUALIZACIÓN6:

AnteriormentedijequeelLM324era"suficientemente bueno" para mi aplicación, y esto es cierto. Si examina la forma de onda de salida del LM324 a una resolución más alta, se puede observar que la señal es "ruidosa" (no incluí un rastro de esto). Simplemente desenchufe el LM324 y conecte un MC34074APG (sin otros cambios), limpie sustancialmente la forma de onda de salida. Esto puede convertirse en mi nuevo op-amp de una sola fuente favorita.

    
pregunta mbmast

3 respuestas

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El LM324, aunque es un logro brillante con los transistores de la década de 1970, tiene un error conocido, que está documentado en su hoja de datos. Esta respuesta se basa en una suposición de que se está ejecutando en este error.

Algunas personas se burlan de ello debido a limitaciones como esta, pero aún así es un buen ejemplo si diseñas sus limitaciones.

Su etapa de salida de Clase B está diseñada específicamente para baja potencia, pero es asimétrica: es decir, puede subir (hacia V +) con bastante fuerza, pero no puede bajar muy efectivamente. Esto evita el consumo excesivo de corriente donde ambos transistores de salida podrían encenderse juntos momentáneamente (como en el bipolar 555), una posibilidad dada la velocidad relativamente baja de estos transistores.

(Consulte la Tabla 6.5, página 6, Sección Corriente de salida, en la hoja de datos - a 5V puede generar 20mA pero solo hundir 8 uA, por lo que el pullup es 2500 veces más fuerte)

Esta combinación de circunstancias: Etapa de salida Clase B, transistores lentos, fuerza asimétrica, le da un caso particularmente malo de distorsión de cruce en señales de alta frecuencia, hay una región donde ambos transistores de salida están apagados y la tensión de salida no está definida. .

Ejecute una onda sinusoidal a unos pocos kHz a través de este filtro (¡la prueba de la unidad es tan válida en hardware como en software!) y verá grandes porciones de la forma de onda de salida.

El (documentado si lo busca ... EDITAR ... está en la sección 7.4 en la página 11, y mi memoria del problema está ligeramente apagada) es forzar la etapa de salida a la Clase A, con unos pocos Kilohms de resistencia desplegable a V- (sugiero 1K a este bajo voltaje). Ahora, el transistor desplegable nunca tiene que encenderse (aunque no hay daño si lo hace) y el transistor de pullup mucho más fuerte está siempre en control, tirando contra la resistencia.

Por lo tanto, el 324 está diseñado para ser utilizado con éxito en la Clase B para diseños de baja potencia a baja velocidad, o Clase A para diseños más rápidos.

La desventaja de la Clase A es obviamente un mayor consumo de energía: si eso importa, hoy en día puedes elegir una mejor opción.

    
respondido por el Brian Drummond
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¿Me estoy perdiendo algo aquí? El LM324 tiene un ancho de banda de ganancia de 1.2 MHz. Por lo tanto, su rango de frecuencia útil es de aproximadamente 10 kHz en un buen día. ¿Quieres alimentarlo con una onda cuadrada de 250kHz? Buena suerte con eso.
Estoy pensando que tendrás mejores resultados con el filtrado pasivo tal vez.

    
respondido por el Robert Endl
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El filtro Sallen-Key sufre el hecho de que utiliza una combinación de retroalimentación positiva y negativa: si se ve obligado a usar un amplificador con un ancho de banda limitado, la configuración de retroalimentación múltiple suele ser una mejor opción. Consulte enlace

    
respondido por el AnalogueMan

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